Linux操作系统：分段的基本概念，以及分页和分段的主要区别

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1．分段

为了编程和使用方便，用户希望把自己的程序按照逻辑关系组织，即划分成若干段，并且按照这些段来分配内存。这样，在分段存储管理系统中，一个作业或进程可以有多个段，这些段可以离散地放入内存的不同分区中。就是说，一个作业或进程的各段不一定放在彼此相邻的分区中。所以，段是一组逻辑信息的集合。在图中，有主程序段MAIN，子程序段P，数据段D和栈段S等。

分段地址空间

每段都有自己的名字和长度。为管理方便，系统为每段规定一个内部段名。内部段名实际上是一个编号，称为段号。

例如，在图4-29中，段MAIN对应的段号是0，段P对应的段号是1，等等。每段的起始地址都是0，连续编址，所以段内地址空间是连续的。段长度由该段所包含的逻辑信息的长度决定，因而各段长度可以不等。

通常，用户程序需要进行编译，编译程序自动为输入的程序构建各个段。

2．程序的地址结构

由于整个进程的地址空间分成多个段，所以，逻辑地址要用两个成分来表示：段号s和段内地址d。就是说，在分段存储情况下，进程的逻辑地址空间是二维的。分段系统中所用的地址结构如图所示。

分段技术地址结构

在该地址结构中，允许一个进程最多有64 K个段，每段的最大长度为64 KB。通常，规定每个进程的段号从0开始顺序编排，如0段，1段，2段等等。不同机器中指令的地址部分会有差异，如有些机器指令的地址部分占24位，其中段号占8位，段内地址占16位。

3．段表和段表地址寄存器

与分页一样，为了找出每个逻辑段在所对应的物理内存中分区的位置，系统为每个进程建立一个段映射表，简称“段表”。每个段在段表中占有一项，段表项中包含段号、段长和段起始地址（又称“基址”）等。段基址包含该段存放在内存中的起始物理地址，而段长指定该段的长度。段表按段号从小到大顺序排列。一个进程的全部段都应在该进程的段表中登记。当作业调度程序调入该作业时，就为相应进程建立段表；在撤消进程时，清除此进程的段表。

通常，段表放在内存中。为了方便地找到运行进程的段表，系统还要建立一个段表地址寄存器。它有两部分：一部分指出该段表在内存的起始地址；另一部分指出该段表的长度，表明该段表中共有多少项，即该进程一共有多少段。

4．分页和分段的主要区别

（1）页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位。分页系统中，用户本身并不需要把程序分页，完全是系统管理上的要求。分段系统中，用户可以知道自己的程序分成多少段以及每段的作用。

（2）页的大小是由系统确定的，段的长度因段而异。分页系统中，由机器硬件把逻辑地址划分成页号和页内地址两部分。在一个系统中所有页的大小都一样，并且只能有一种大小。分段系统中，段的长度取决于用户所编写的程序，如主程序段为8 KB，而子程序只有5 KB，等等。

（3）分页的进程地址空间是一维的，分段的进程地址空间是二维的。分页系统中，地址编号从0开始顺次递增，一直排到末尾。因而，只需用一个地址编号（如10 000）就可确定地址空间中的惟一地址。分段系统中，标识一个地址时，除给出段内地址外，还必须给出段名。只有段内地址是不够的。

（4）分页系统很难实现过程和数据的分离，分段系统却可以很容易实现这些功能。分页系统中，无法分别对过程和数据提供保护，也不便于在用户间方便地对过程进行共享。